衛星「萬維網」的「掌舵者」來了！

科技日報記者 張佳星

從1980顆衛星組成的能覆蓋全球的英國OneWeb衛星網路，到美國SpaceX「星鏈」（Satrlink）計劃發射上萬顆衛星，再到中國的「鴻雁」「虹雲」「行雲」「國網」等星座網路計劃，未來將有數以萬計的智能衛星會被發射到太空中。

「如此眾多的衛星之間只有實現數據的『跨界互聯』，打破信息『孤島』，才會凝結出更強大的天基智慧。」日前，中科院軟體所天基重點實驗室發布「天智協議棧」beta版，可有效支撐衛星之間互聯互通互操作，大大加快衛星互聯網建設的步伐。中國科學院軟體所研究員、天基實驗室研究一部主任劉立祥表示，對於網路來說，協議是靈魂和核心，是互聯「萬維網」的掌舵者，對網路效能的發揮能力起著決定性作用。

劉立祥研究員介紹，為了解決天地一體化互聯組網，中科院軟體所天基實驗室自2003年起，在原國家863計劃和中科院的支持下，攜手中國科大、清華、北郵、北航、國防科大、中電54所等十餘所高校和研究院所，經過十餘年的探索，才有了「天智協議棧」今天成果。

大互聯

需實現數據「不問出處」

人們對於網路協議並不陌生，在地面的互聯網路中，採用的是TCP/IP互聯網協議，可以在各種硬體和操作系統上實現互操作。有了TCP/IP協議，不會因為這台機器使用Windows系統，另一台機器使用Linux系統就無法傳遞信號了，安卓和蘋果系統也可以在同一套協議中互相聯絡。

空天的互聯，需要天基衛星間能夠實現終端無關、網路無關、應用無關的終端與服務發現、定位和訪問。不同星座間對數據的接收、計算等需要做到「英雄不問出處」。

「目前的衛星大致分為資源遙感、導航定位、通信服務等三類，它們採用獨立的天、空、地基系統提供服務。」劉立祥說，不同的星座自成體系、要將不同的遙感衛星或其他衛星獲取的信息，在天基進行互操作服務目前是非常困難的。任務不同的衛星「天生」就不一樣，比如資源遙感衛星、情報衛星、氣象衛星，其對信息實時性、安全性、傳輸帶寬要求各不相同。

這些不同對包括衛星互聯網的天地一體化網路的服務協同性提出了挑戰。「需要一個總的『掌舵者』，既能接收、傳送不同的信息，還能對應用和網路資源進行協同和調配。」劉立祥說，天智協議棧提供了從應用層到物理層的完整解決方案，可以支持包括會話、交互、傳輸、採集等不同的業務類型，具有窄帶、寬頻業務自適應能力，支持規則和不規則組網模式。天智協議棧的協議採用模塊化、層次化設計，介面透明，針對不同的網路應用，可根據不同的應用進行協議模塊的調用，可滿足不同的應用要求。

應對「閃速飛行」

創新IP虛擬化技術

在地面，每台機器都會分配一個IP地址使得它們「認識」和「區分」彼此。但在空天域中，衛星持續高速移動，使得它們的接入節點隨時變化。

衛星的閃速飛行，為統一組網並實現信息應用帶來了一個難題。「如果給每一個衛星賦予一個IP，能夠解決統一地址分配問題，但衛星的快速移動使得它在網路中的地址不斷出現變化，這對路由的將造成非常大的影響。」

為了將天基衛星移動和終端的移動對網路的影響降低到最低，天智協議棧採用全新的動態IP虛擬化技術，有效解決衛星/終端移動造成的地址頻繁切換、終端定址困難等難題。「我們在網路層採用動態網路虛擬化技術，設計了針對單層、雙層、三層等不同衛星網路架構以及地面和空間一體化路由機制和地址管理協議。」劉立祥說，通過虛擬化，將衛星的IP和標識進行了有效統一，為天地一體化路由和傳輸提供了全新的解決方案，還可以支持斷點續傳、負載均衡以及多徑選擇等個性化的需求。

劉立祥研究員表示，為了驗證協議棧的性能，項目組推出了「天智網路測試床」，該測試床不僅可以實現不同的協議性能實時對比和測試，還可以實現從衛星組網體系論證、協議分析、衛星網路管控的全生命周期管理。

天智協議棧beta版的研製，不僅可以大力支撐國家天地一體化網路、以及航天科技、航天科工、中科院等行業部門衛星系統建設，對商業航天也將起到極大的促進作用。劉立祥研究員表示，下一步，項目組將開放協議架構，邀請國內有志於航天組網的人員共同開展RC版的研製。

來源：科技日報 文中圖片來自網路

編輯：朱麗

審核：管晶晶

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